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1、.论 文题 目 GPS在工程测量中的应用学 生 李晓军指导教师 岚 年 级 2008级班 级 一 班学 号 5专 业 工程测量学 院 江苏省测绘工程院函授站目 录摘要 I第 1 章 概 述11.1 什么是GPS及其应用11.2 GPS的组成和发展2第 2 章 GPS定位测量的原理、组成与方法32.1 GPS系统组成32.2 GPS原理42.3 GPS测量常用的坐标系统42.4 GPS测量的特点52.5 GPS测量的作业模式5第 3 章 GPS在工程测量中的应用93.1 工程（测区）概况93.2 工程实施概况9第 4 章 结束语4.1 工程实例的体会 134.2 提高GPS网质量的方法 134.
2、3 GPS发展前景 13摘 要GPS（Global Positioning System)全球定位系统是美国研制并在1994年投入使用的卫星导航与定位系统。其应用技术已遍及国民经济的各个领域。在测量领域，GPS系统已广泛用于大地测量、工程测量、航空摄影测量以及地形测量等各个方面。本文将以宜兴市城市天然气利用工程(二期)为例，论述GPS静态相对定位和网络RTK技术与天然气工程的有效结合方法，该方法可有效保证工程的精度和进度。关键字： GPS；网络RTK；天然气工程；控制测量；应用第1章 概述1.1概述GPS及其应用GPS即全球定位系统(Global Positioning System)是美国从
3、本世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成的卫星导航定位系统。作为新一代的卫星导航定位系统经过二十多年的发展，已成为在航空、航天、军事、交通运输、资源勘探、通信气象等所有的领域中一种被广泛采用的系统。我国测绘部门使用GPS也近十年了，它最初主要用于高精度大地测量和控制测量，建立各种类型和等级的测量控制网，现在它除了继续在这些领域发挥着重要作用外还在测量领域的其它方面得到充分的应用，如用于各种类型的工程测量、变形观测、航空摄影测量、海洋测量和地理信息系统中地理数据的采集等。GPS以测量精度高；操作简便，仪器体积小，便于携带；全天候操作；观测点之间无须通视；测量结果
4、统一在WGS84坐标下，信息自动接收、存储，减少繁琐的中间处理环节、高效益等显著特点，赢得广大测绘工作者的信赖。GPS技术在工程测量中具有广泛的应用前景，GPS测量无需通视，减少了常规方法的中间环节，因此，速度快、精度高，具有明显的经济和社会效益。差分动态GPS在道路勘测方面主要应用于数字地面模型的数据采集、控制点的加密、中线放样、纵断面测量以及无需外控点的机载GPS航测等方面。1994年6月在同济大学试验了KART实时相位差分卫星定位系统，在1km范围内达到了优于2cm的精度，因此能够用于线路控制网的加密。GPS测量包含有三维信息，可用于数字地面模型的数据采集、中线放样以及纵断面测量。在中线
5、平面位置放样的同时，可获得纵断面，在中线放样中需实时把基准站的数据由数据链传到移动站，从而提供移动站的实时位置。因此，GPS技术率先在大地测量、工程测量、航空摄影测量、海洋测量、城市测量等测绘领域得到了应用，并在军事、交通、通信、资源、管理等领域展开了研究并得到广泛应用。本文将介绍GPS在城市天燃气管道工程测量中的应用，并提出几点体会。1.2 GPS系统的应用前景最初设计GPS的主要目的是用于导航、收集情报等军事目的。但后来得到应用开发表明，GPS不仅可以达到上述目的，而且用GPS卫星信号能够进行厘米级甚至毫米级精度的静态相对定位，米级至亚米级精度的动态定位，亚米级至厘米级精度的速度测量何毫微
6、秒级精度的时间测量。用GPS信号可以进行海、陆、空、地的导航，导弹制导，大地测量和工程测量的精密定位，时间传递和速度测量等。在测绘领域，GPS定位技术已用于建立高精度的大地测量控制网，测定地球动态参数；建立陆地及海洋大地测量基准，进行高精度海陆联测及海洋测绘；监测地球板块运动状态和地壳形变；在工程测量方面，已成为建立城市与工程控制网的主要手段；在精密工程的变形监测方面，它也发挥着及其重要的作用；同时GPS定位技术也用于测定航空航天摄影瞬间相机的位置，可在无地面控制点或仅有少量地面控制点的情况下进行航测快速成图，引起了地理信息系统及全球遥感监测的技术革命。在日常生活方面是一个难以用数字预测的广阔
7、的领域，手表式的GPS接收机，将成为旅游者的忠实导游。GPS将像移动电话、传真机和计算机互联网对我们生活的影响一样，人们的日常生活将离不开它。第2章 GPS定位测量的原理、组成与方法2.1GPS系统组成GPS系统包括三大部分：空间部分GPS卫星星座；地面控制部分地面监控系统；用户设备部分GPS信号接收机。空间部分GPS的空间部分是由24颗GPS工作卫星所组成，这些GPS工作卫星共同组成了GPS卫星星座，其中21颗为可用于导航的卫星，3颗为活动的备用卫星。这24颗卫星分布在6个倾角为55的轨道上绕地球运行。每颗GPS工作卫星都发出用于导航定位的信号。GPS用户正是利用这些信号来进行工作的。控制部
8、分GPS的控制部分由分布在全球的由若干个跟踪站所组成的监控系统所构成，根据其作用的不同，这些跟踪站又被分为主控站、监控站和注入站。主控站有一个，它的作用是根据各监控站对GPS的观测数据，计算出卫星的星历和卫星钟的改正参数等，并将这些数据通过注入站注入到卫星中去；同时，它还对卫星进行控制，向卫星发布指令，当工作卫星出现故障时，调度备用卫星，替代实效的工作卫星工作；另外，主控站也具有监控站的功能。监控站有5个，其作用是接收卫星信号，监测卫星的工作状态；注入站有三个，其作用是将主控站计算出的卫星星历和卫星钟的改正数等注入到卫星中去。用户部分GPS的用户部分由GPS接收机、数据处理软件及相应的用户设备
9、如计算机气象器等所组成。它的作用是接收GPS卫星所发出的信号，利用这些信号进行导航定位等工作。以上这三个部分共同组成了一个完整的GPS系统。2.2 GPS定位原理GPS系统是一种采用距离交会法的卫星导航定位系统。用户用GPS接收机在某一时刻同时接收三颗以上的GPS卫星信号，测量出测站点（接收机天线中心）P至三颗以上GPS卫星的距离并解算出该时刻GPS卫星的空间坐标，据此利用距离交会法解算出测站P的位置。设在时刻ti在测站点P用GPS接收机同时测得P点至三维GPS卫星S1，S2,S3的距离1，2，3,通过GPS电文解译出该时刻三颗GPS卫星的三维坐标分别为(Xj,Yj,Zj)。j=1,2,3。用
10、距离交会的方法求解P点的三维坐标（X，Y，Z）的观测方程为12（XX1）2(YY1)2(ZZ1)222（XX2）2(YY2)2(ZZ2)2（21）32（XX3）2(YY3)2(ZZ3)2在GPS测量中通常采用两类坐标系统，一类是在空间固定的坐标系统，另一类是与地球体相固联的坐标系统，称地固坐标系统，我们在公路工程控制测量中常用地固坐标系统。（如： WGS-84世界大地坐标系和1980年西安大地坐标系。）在实际使用中需要根据坐标系统间的转换参数进行坐标系统的变换，来求出所使用的坐标系统的坐标。这样更有利于表达地面控制点的位置和处理GPS观测成果，因此在测量中被得到了广泛的应用。2.3 GPS测量
11、常用的坐标系统1WGS-84坐标系WGS-84坐标系是目前GPS所采用的坐标系统，GPS所发布的星历参数就是基于此坐标系统的。 WGS-84坐标系统的全称是World Geodical System-84（世界大地坐标系-84），它是一个地心地固坐标系统。WGS-84坐标系统由美国国防部制图局建立，于1987年取代了当时GPS所采用的坐标系统WGS-72坐标系统而成为GPS的所使用的坐标系统。WGS-84坐标系的坐标原点位于地球的质心，Z轴指向BIH1984.0定义的协议地球极方向，X轴指向BIH1984.0的启始子午面和赤道的交点，Y轴与X轴和Z轴构成右手系。采用椭球参数为： a = 637
12、8137m f = 1/298.25722356321954年北京坐标系 1954年北京坐标系是我国目前广泛采用的大地测量坐标系，是一种参心坐标系统。该坐标系源自于原苏联采用过的1942年普尔科夫坐标系。该坐标系采用的参考椭球是克拉索夫斯基椭球，该椭球的参数为：a = 6378245m f = 1/298.3。我国地形图上的平面坐标位置都是以这个数据为基准推算的。31980年西安坐标系1980年西安坐标系是参心坐标系。大地原点设在我国中部陕西省泾阳县永乐镇。椭球参数采用1975年国际大地测量与地球物理联合会第十六界大会的推荐制，椭球参数：a6378140m f1/298.257。3地方坐标系（
13、任意独立坐标系）在我们测量过程中时常会遇到的如一些某城市坐标系、某城建坐标系、某港口坐标系等，或我们自己为了测量方便而临时建立的独立坐标系。2.4GPS测量的特点相对于常规测量来说，GPS测量主要有以下特点：测量精度高。GPS观测的精度明显高于一般常规测量，在小于50 km的基线上，其相对定位精度可达1106，在大于1 000 km的基线上可达1108。测站间无需通视。GPS测量不需要测站间相互通视，可根据实际需要确定点位，使得选点工作更加灵活方便。观测时间短。随着GPS测量技术的不断完善，软件的不断更新，在进行GPS测量时，静态相对定位每站仅需20 min左右，动态相对定位仅需几秒钟。仪器操
14、作简便。目前GPS接收机自动化程度越来越高，操作智能化，观测人员只需对中、整平、量取天线高及开机后设定参数，接收机即可进行自动观测和记录。全天候作业。GPS卫星数目多，且分布均匀，可保证在任何时间、任何地点连续进行观测，一般不受天气状况的影响。提供三维坐标。GPS测量可同时精确测定测站点的三维坐标，其高程精度已可满足四等水准测量的要求。2.5GPS测量的作业模式近几年来，随着GPS定位后处理软件的发展，为确定两点之间的基线向量，已有多种测量方案可供选择。这些不同的测量方案称为GPS测量的作业模式。其中，静态定位和动态定位为目前主要的作业模式。在GPS接收系统硬件和软件的支持下，普遍采用的模式有：静态相对定位、快速静态相对定位、准动态相对定位和动态定位等。2.5.1 静态定位所谓静态定位，指的是将接收机静置于测站上数分钟至1小时或更长的时间进行观测，以确定一个点在WGS-84坐标系中的三维坐标（绝对定位）或两点之间的相对位置（相对定位）静态定位的几种作业模式静态相对定位作业方法：采用两台（或两台以上）接受设备，分别安置在一条后数条基线的两个端点，同步观测4颗以上卫星，每时段长45分钟至2小时或更长。作业布置如图21所示图2-1 静态
